BF561 SPORT口異步通信的軟件模擬
單片機與嵌入式系統應用 福州大學 江蘭帆
摘要： 在各種DSP應用系統中，經常需要與其他的設備或系統進行數據通信，通用異步收發器UART(univetsal Asynchronous Receiver／Transmitter)是比較常用的一種通信模式。當應用系統要求多路UART，或者基于性能、成本綜合考慮選用了不帶UART的 DSP時，可以考慮利用原有的同步串行口，用軟件模擬UART，在硬件上只需簡單的連接便可構建UART，以實現系統的數據通信要求。ADSP— BF561處理器是ADI公司推出的針對多媒體和通信應用的一款高性能產品，具有豐富的外設接口，集成了2個Blackiln處理器內核。它內部集成了2 個并行外部接口(PPI)，為同時進行圖像采集、處理和顯示提供了一個系統級片上解決方案，成為各種網絡多媒體應用經濟、高效的選擇。
Abstract：
Key words :
在各種DSP應用系統中，經常需要與其他的設備或系統進行數據通信，通用異步收發器UART(univetsal Asynchronous Receiver／Transmitter)是比較常用的一種通信模式。當應用系統要求多路UART，或者基于性能、成本綜合考慮選用了不帶UART的 DSP時，可以考慮利用原有的同步串行口，用軟件模擬UART，在硬件上只需簡單的連接便可構建UART，以實現系統的數據通信要求。
1 ADSP-BF561
ADSP— BF561處理器是ADI公司推出的針對多媒體和通信應用的一款高性能產品，具有豐富的外設接口，集成了2個Blackfln處理器內核。它內部集成了2 個并行外部接口(PPI)，為同時進行圖像采集、處理和顯示提供了一個系統級片上解決方案，成為各種網絡多媒體應用經濟、高效的選擇。
ADSP—BF561提供2個雙通道同步串行端口(SPORTO和SPORTl)，主要有下面幾個特點。
①雙向操作：每個SPORT都有2套獨立的發送和接收引腳。
②緩沖的發送和接收端口：每個端口都有1個數據寄存器，用以同其他DSP部件進行雙向數據傳輸；多個移位寄存器用于數據寄存器內數據的移入和移出。
③時鐘：每個發送／接收端口或者使用外部串行時鐘，或者使用自己產生的時鐘頻率。
④字長：每個SPORT都支持3～32位長度的串行數據字，以最高有效位在前或最低有效位在前的格式傳送。
⑤幀：無論數據字有無幀同步信號，每個發送和接收端口都能運行；幀同步信號能夠從內部或者外部產生，可以高有效或低有效，要求2個脈沖寬度，可以前幀或后幀同步。
2 串行通信原理
串行傳送是在1根傳輸線上一位一位地傳送。異步串行通信是以字符為信息單位進行傳送。每個字符作為一個獨立的信息單位(1幀數據)，可以隨機出現在數據流中。一旦傳送開始，收／發雙方以預先約定的傳輸速率(波特率，表示每秒傳送的二進制位數)在時鐘的作用下傳送這個字符的每一位。為了確保異步通信的正確性，需要在字符數據格式中設置起始位和停止位。而同步串行通信是以數據塊為信息單位傳送，每幀信息包括成百上千個字符，一旦傳送開始，要求每幀信息內的每一位都同步。
通用異步收發器UART是PC中最主要的串行通信接口之一，其數據幀格式如下所示。
UART數據幀包含4部分：起始位、數據位、奇偶校驗位(可選)和停止位，各部分的意義如下：
起始位，先發出1個邏輯“0”(低電平)信號，表示開始傳輸字符。
數據位，緊接著起始位之后，是要傳送的有效信息。
數據位的個數可以是5、6、7、8等，構成1個字符。通常采用ASCII碼，低位在前，高位在后，靠時鐘定位。
奇偶校驗位，數據位加上這一位后，使得“1”的位數應為偶數(偶校驗)或奇數(奇校驗)，以此來校驗數據傳送的正確性。
停止位，1個字符數據的結束標志。可以是1位、1．5位、2位的高電平。
空閑位，不定長，處于邏輯“1”(高電平)狀態，表示當前線路上沒有數據傳送。
3 驅動的實現
SPORT只提供同步串行數據傳送，ADSP—BF561通過UART提供異步RS一232數據傳送。通過軟件設置和處理，SPORT口可以作為UART異步串口來使用。在應用程序中，寫入開發板上SPORT口的內容可以通過簡單的硬件轉接，在主機端用超級終端等軟件接收，使用起來與UART口一樣。出于產品開發的需要，本設計利用DSP的同步串口輸出調試信息，與PC機進行異步通信。該產品是一款網絡視頻監控終端，以ADSP—BF561為硬件核心，μClinux2．6為軟件核心。
3．1 設備驅動原理
設備驅動程序是操作系統內核與機器硬件之間的接口，為應用程序屏蔽了硬件的細節。在應用程序看來，硬件設備只是一個特殊的設備文件，應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。而事實上，對硬件的所有實際操作都是由用戶空間的應用程序調用內核空間的驅動程序完成的。
μClinux內核驅動架構如圖1所示。μClinux使用數據結構struct file_operations為所有的設備文件提供了統一的操作函數接口。該數據結構中包括許多操作函數的指針，如open()、close()、 read()和write()等。不同類型的文件有不同的。file_operations成員函數。每個進程對設備的操作最終都會轉換成對 file_operations結構的訪問。在驅動程序中，首先要根據驅動程序的功能完成file_operations結構中各函數的實現，不需要的函數接口可直接在file_operations結構中初始化為NULL。file_operations變量會在驅動程序初始化時，注冊到系統內部；當操作系統對設備進行操作時，會調用驅動程序注冊的file_opera—tions結構中的函數，實現相應功能。
3．2 主要函數實現
ADSP—BF561 的SPORT口是全雙工的，可以同時發送和接收數據。本驅動主要通過軟件設置和處理，利用SPORT口的發送功能，發送16位的串行數據字。其中有效數據位8位，最低位在前，擁有與 UART異步數據相同的數據格式，在主機端可用超級終端等軟件接收。
驅動中需在file_operations結構里實現的主要接口函數有open()，write()和ioetl()。
(1)open() 函數
在open()函數中，需初始化SPORTl口相應的寄存器。以下是幾個重要的寄存器設置。
①SPORTl_TCLKDIV：SPORTl口發送時鐘頻率設置。
SPORTl_TCLKDIV=(SYS_CLOCK_FREQUENCY／2*MO—DEM_BAUD_RATE))一 1；／*SYS_CLOCK_FREQUENCY為系統時鐘頻率，通過測試，此處應取值為98 390 000。MODEM_BAUD_RATE為波特率，用戶可通過調用iootl()進行設置*／
②SPORTl_TFSDIV：SPORTl口的發送幀同步頻率設置，確定在TFS脈沖前要計數的發送時鐘周期數。 SPORTl_TFSDIV=0x000f；
③SPORTl_TCR2：設置串行通信字長。SPORTl_TCR2=0x000f； ／／設置串行通信字長為16位
④SPORTl_TCRl：SPORTl口的主要控制寄存器。SPORTl_TCRl=0x0613； ／*傳輸使能。發送數據時，設置低位優先，設置串口為內部時鐘，內部產生幀同步信號，傳送時可按照實際的波特率發送數據*／
(2)write() 函數
write()函數的主要功能是將應用程序中寫入SPORT口的數據轉換成UART的數據格式輸出，主要實現流程如下：
①分配緩沖區以存放轉換后的數據(用kmalloc實現)。
②數據格式的轉換。要用SPORT口模擬UART口，就要使從SPORT口發出的數據與從UART口發出的數據具有相同的數據格式。在驅動中將從 SPORT口發出的數據設置為1位起始位、8位數據位、1位停止位，即“O DO D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 l”。停止位與起始位之間可有多個1，但一旦停止位后有O，便認為是下一個字符的開始。應用程序中傳入的數據要經過相應轉換才能寫入SPORT的發送寄存器。具體轉換過程為：
③數據的發送。SPORT1_STAT中的TXF位指示發送FIFO中是否有空位，其值為1表示FIFO已滿，為0表示FIFO中仍有空位。
(3)ioctl() 函數
ioctl()是設備驅動程序中對設備I／O通道進行管理的函數。所謂對I／O通道進行管理，就是對設備的一些特性進行控制，例如串口傳輸波特率的選擇。驅動程序中ioctl()通過傳入的參數cmd設置SPORTl口的發送時鐘頻率。cmd在用戶程序端由一些宏進行定義，該整數通過系統調用傳遞到內核中的驅動程序，再由驅動程序利用解碼宏從這個整數中得到用戶要設置的波特率，然后通過switch{case)結構進行相應的操作。
主要實現流程如下：
只要保證應用程序中由locil()的參數cmd的宏定義值與核心驅動中相應的解碼宏定義相符，便可在應用程序中通過ioctl()函數實現任意有效波特率的設置。
結語
在SPORT口驅動程序中，通過對數據幀結構進行轉換，輸出與UART異步數據相同的幀格式，用軟件實現UART，有效地解決了DSP的異步串口擴展問題。
參考文獻
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